Thematische Woche 4. Klassen Strahlung - Kantonsschule Trogen

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Thematische Woche 4. Klassen Strahlung - Kantonsschule Trogen

Thematische Woche - Chemie - 4. Klassen

Strahlung – Pflanzenfarbstoffe – Nanotechnologie

Oberflächen-Phänomene

Der Lotus-Effekt – Selbstreinigende Oberflächen: Der Natur abgeschaut!

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„Selbstreinigung“ von Lotusblättern beruht auf der Mikro- und Nanostrukturierung der Blattoberfläche.

Wassertropfen perlen ab und reissen dabei Schmutzpartikel mit.

Mikrostrukturen mit Nano-Wachs-Kristallen auf der Blattoberfläche (Rasterelektronenmikroskop)

Haften ohne Leim oder warum der Gecko nicht von der Decke fällt!

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Haftstrukturen bestehen aus feinen Härchen

(Ø ca. 200 nm)

Härchen garantieren optimales Anschmiegen an

jede Unterlage

Fürs Haften verantwortlich sind die „Van-der-

Waals-Kräfte“, die auf Ladungsverschiebungen

innerhalb der Atome beruhen.

Geckos finden auf fast jedem Untergrund Halt.

Durch das „Abrollen“ der Zehen können sie den

Kontakt wieder lösen.

Theoretische Grundlagen

Die Tatsache, dass es Feststoffe gibt, die ihre Form behalten, deutet darauf hin, dass anziehende Kräfte

zwischen den kleinsten Teilchen herrschen, welche diese auf ihren Plätzen halten. Auch zwischen Flüssigkeitsteilchen

müssen Kräfte existieren, sonst würden diese auseinander fliegen und jeden verfügbaren

Platz einnehmen. In Flüssigkeiten sind diese Kräfte allerdings kleiner als in Feststoffen, daher zwingt die

Schwerkraft die Teilchen dazu, die Form des Gefässes anzunehmen und eine horizontale Oberfläche zu bilden.

Die Teilchen ziehen sich aber doch so stark an, dass sie im freien Fall kugelförmige Tropfen bilden. Auch

das Phänomen der Oberflächenspannung (Wasserläufer) ist auf diese Anziehungskräfte zurückzuführen.

Ähnliche Anziehungskräfte gibt es auch zwischen unterschiedlichen Stoffen:

§ In einem dünnen Röhrchen steigt der Wasserspiegel hoch (Kapillarkräfte, z.B. bei Bäumen).

§ Der Gecko haftet an fast jeder Oberfläche.

Die Anziehungskräfte wirken nur auf kurze Entfernungen und sind je nach Stoffen unterschiedlich stark. Zwischen

Alkohol-Teilchen und Wasserteilchen wirken starke Kräfte, deshalb mischen sich die beiden Flüssigkeiten

sehr gut. →Alkohol ist hydrophil.

Zwischen Ölteilchen und Wasserteilchen hingegen sind die Kräfte nur schwach. Daher bleiben die Wasserteilchen

lieber unter sich und die Ölteilchen ebenso. Daher lässt sich Öl und Wasser nicht mischen. →Öl ist

hydrophob.

Die Teilchen in idealen Gasen sind relativ weit voneinander entfernt und bewegen sich unabhängig von einander.

Zwischen ihnen gibt es praktisch keine Anziehungskräfte.

Hydrophobie und hydrophober Effekt

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Hydrophob: Griechisch für wasserabweisend.

In der Chemie: Hydrophob steht für schwach Wasser bindend (z.B. Öle, Fette, Wachse).

Der hydrophobe Effekt entsteht, wenn sich hydrophobe Stoffe und Wasser begegnen. Das Wasser bildet

Wassertropfen, da die Wassermoleküle von den hydrophoben Molekülen kaum angezogen werden.

Der Künstliche Lotus-Effekt

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Der Lotus-Effekt ® bezeichnet die selbstreinigende Eigenschaft einer Oberfläche. Selbstreinigend bedeutet

in diesem Zusammenhang, dass die Oberfläche durch Wasser ohne den Einsatz weiterer Substanzen gereinigt

werden kann.

Der Effekt ist nicht auf die Lotuspflanze beschränkt und kann auch künstlich erzeugt werden.

Dabei werden die zu behandelnden Oberflächen künstlich rau gemacht, so dass ihre äusserste Schicht,

ähnlich wie die Blätter der Lotuspflanze, eine im Nanometerbereich „hüglige“ Struktur aufweist.

Kantonsschule Trogen 13

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